نظام تحديد المواقع العالمي:
بدأ تطوير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في عام 1973 وبحلول الوقت الذي تم فيه تشغيل النظام رسميًا في عام 1995 كانت آلاف اليخوت البريطانية تحمل بالفعل أجهزة استقبال GPS.
في كثير من النواحي حل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مشاكل تحديد الموقع بضربة واحدة، مما أعطى تغطية مستمرة على مستوى العالم بدقة تصل إلى حوالي 15 مترًا، تتكون كوكبة (GPS) من حوالي عشرين قمرًا صناعيًا يختلف العدد الفعلي مع تعطل الأقمار الصناعية القديمة وإطلاق أقمار جديدة في مدار على ارتفاع 11000 ميل بحري تقريبًا.
يرسل كل قمر صناعي باستمرار إشارة مشفرة على ترددين من ترددات الميكروويف أعلى بعشر مرات تقريبًا من الموجات المترية (VHF) البحرية بما في ذلك رسالة تقول “أنا هنا” و “حان الوقت الآن”، الرموز المستخدمة على الترددين مختلفة وواحد فقط يسمى رمز CA (for Coarse Acquisition)، متاح للمستقبلات المدنية لكن رسائلهم هي نفسها بشكل أساسي.
تستغرق الإشارة وقتًا للانتقال من القمر الصناعي إلى جهاز الاستقبال، لذلك يتم استقبالها في وقت متأخر قليلاً عما تم إرسالها تنتقل الموجات الدقيقة مثل أي موجات راديو أخرى بسرعة ثابتة تقريبًا تبلغ 162000 نانومتر في الثانية، وبالتالي فإن الفرق بين وقت الإرسال ووقت الاستقبال يتوافق مع المسافة بين القمر الصناعي وجهاز الاستقبال، إذا وصلت الإشارة بعد عُشر ثانية من إرسالها فسيكون جهاز الاستقبال على بعد 16200 ميل من القمر الصناعي أي على سطح كرة نصف قطرها 16200 ميل تتمحور حول القمر الصناعي.
فعل الشيء نفسه مع قمر صناعي آخر يعطي كرة ثانية تتقاطع مع الأول لتكوين دائرة، المكان الوحيد الذي يمكن أن يكون فيه جهاز الاستقبال على كلا المجالين في وقت واحد هو مكان ما في تلك الدائرة، يؤدي تكرار العملية بقمر صناعي ثالث إلى تضييق الموقع المحتمل إلى نقطتين ويزيل القمر الصناعي الرابع أي غموض محتمل.
هذا على الأقل هو ما سيحدث إذا كانت الساعة الداخلية للمستقبل متزامنة بدقة مع الساعات الذرية في الأقمار الصناعية ولكن هذا ليس هو الحال في الواقع، عندما نتعامل مع موجات الراديو فإن أخطاء التوقيت التي لا تقل عن 0.0001 ثانية كافية لإحداث أخطاء كبيرة في المسافة، لذلك لا تتقاطع مجالات الموضع في البداية عند نقطة ما، ولكنها تشكل نسخة ثلاثية الأبعاد من قبعة الملاح التقليدية، تم تصميم كمبيوتر مستقبل (GPS) للتعرف على هذه المشكلة وتحديد سببها المحتمل على أنه خطأ في الساعة وضبط الساعة الخاصة به، وفقًا لذلك حتى تتقاطع جميع مجالات الموضع كما ينبغي.
هندسة مستقبلات GPS:
من أجل الحصول على الإصلاح يتطلب مستقبل (GPS) إشارات من أربعة أقمار صناعية، ومع ذلك يمكن لمعظمهم التعامل مع ثلاثة فقط باستخدام سطح الأرض كأحد مجالات الموضع، يسمى هذا الإصلاح ثنائي الأبعاد (ثنائي الأبعاد)، وفي حين أنه قد يكون كذلك مقبول لمعظم الأغراض الملاحية، فهو عمومًا أقل دقة من الإصلاح ثلاثي الأبعاد الكامل؛ لأن الأرض ليست شكلًا هندسيًا أنيقًا مثل مجالات نطاق القمر الصناعي.
هناك عدد من الطرق التي يمكن من خلالها تزويد كمبيوتر مجموعة (GPS) بثلاث إشارات أقمار صناعية أو أكثر، وأكثرها وضوحًا هو توصيله بالعديد من أجهزة استقبال الميكروويف المنفصلة، والبديل هو الاعتماد على جهاز استقبال واحد يستمع إلى كل من الأقمار الصناعية المتعددة بدوره يسمى تعدد الإرسال.
نظام GPS التفاضلي DGPS:
يمكن السماح بجميع الأخطاء طالما أنك تعرف عنها، العقبة هي أن العديد من الأخطاء التي تصيب نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تبدو عشوائية، وتتغير باستمرار لذا لا تعمل المعايرة (مثل السجلات) أو جداول التصحيح (مثل البوصلات)، الحل هو استخدام محطات مرجعية ثابتة على الشاطئ لمراقبة إشارات (GPS) ورسائل تصحيح البث التي يمكن استلامها وتطبيقها تلقائيًا بواسطة أي جهاز استقبال (GPS) مجهز بشكل مناسب.
يُعرف هذا النظام التكميلي عمومًا باسم (GPS) التفاضلي (DGPS)، من الناحية النظرية يمكن بث تصحيحات (DGPS) بأي وسيلة تقريبًا، ولكن من الناحية العملية توجد معظم محطات (DGPS) المرجعية على مواقع إشارات الراديو القديمة لإيجاد اتجاه وإرسالها على نفس الترددات.
الدقة:
في اللغة اليومية قد يأخذ المرء “دقة خمسة عشر متراً” ليعني أن “جميع الإصلاحات تقع في نطاق خمسة عشر متراً من الموضع الحقيقي”، تظهر نظرة أكثر تفصيلاً على سلسلة من الإصلاحات من ملاح ثابت أن هذا قد يكون مضللاً؛ لأنه من المحتمل أن يكون مبعثرًا، أحيانًا تلغي أنواع مختلفة من الأخطاء بعضها البعض، مما يعطي إصلاحات قريبة جدًا من الموضع الحقيقي، في بعض الأحيان تتضافر الأخطاء لإنتاج إصلاحات سيئة، وفي بعض الأحيان يتراكم عدد من الأخطاء الكبيرة بشكل غير عادي لينتج عنها مخادع.
سيكون من غير المعقول اقتباس دقة النظام على أساس الإصلاح الأسوأ؛ لأن ذلك يتجاهل الغالبية العظمى التي هي أفضل بكثير، ولكن سيكون من غير الواقعي أيضًا الإشارة فقط إلى الإصلاح المحظوظ الذي يحدث ليكون صحيحًا، بالنسبة لمعظم الأغراض يتم تحديد الدقة إما من حيث النسبة المئوية لدوائر الخطأ أو عن طريق مقياس إحصائي يسمى “سيجما”.
